李曉燕　郭金良　王振興　薛原

摘 要： 為增強(qiáng)戰(zhàn)情想定系統(tǒng)的易用性， 提高想定設(shè)計(jì)效率， 本文提出了面向關(guān)聯(lián)分析的可視化雷達(dá)對(duì)抗想定系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路， 分析了雷達(dá)對(duì)抗仿真的戰(zhàn)情構(gòu)成， 設(shè)計(jì)了分層模塊化的戰(zhàn)情結(jié)構(gòu)， 研究了各個(gè)模塊的關(guān)聯(lián)模型， 并深入研究了主要的關(guān)聯(lián)計(jì)算數(shù)學(xué)模型， 包括通視模型、 雷達(dá)距離模型、 干擾壓制距離模型以及偵察作用距離模型。 在此基礎(chǔ)上， 分析了可視化的表現(xiàn)需求， 并針對(duì)關(guān)聯(lián)分析結(jié)果的可視化設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的表示方法。 最后， 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的想定系統(tǒng)， 以運(yùn)行實(shí)例驗(yàn)證了該想定設(shè)計(jì)方法的有效性。

關(guān)鍵詞： 雷達(dá)對(duì)抗； 關(guān)聯(lián)分析； 想定； 可視化

中圖分類號(hào)： TN391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-5048（2018）03-0064-05

0 引 言

在當(dāng)前日益復(fù)雜的電磁環(huán)境作戰(zhàn)背景下， 構(gòu)建更加貼近實(shí)戰(zhàn)條件的仿真環(huán)境已經(jīng)成為雷達(dá)對(duì)抗仿真研究的迫切需求， 戰(zhàn)情想定作為雷達(dá)對(duì)抗仿真環(huán)境模擬過(guò)程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)， 面臨著更艱巨的任務(wù)。 一方面是戰(zhàn)情想定中的仿真模型更多、 仿真參數(shù)多元化； 另一方面就是戰(zhàn)情設(shè)計(jì)要充分考慮戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境及裝備之間的相互影響、 戰(zhàn)情結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜。

在傳統(tǒng)的戰(zhàn)情想定設(shè)計(jì)中， 一般是以圖標(biāo)的方式在二維背景地圖上部署裝備， 并在對(duì)應(yīng)的表格中填寫(xiě)相關(guān)參數(shù)， 自動(dòng)化程度與可視化效果均不太理想， 同時(shí)， 由于缺乏有效的輔助分析， 對(duì)戰(zhàn)情設(shè)計(jì)人員的要求很高。 利用這種方法進(jìn)行戰(zhàn)情設(shè)計(jì)易出現(xiàn)不太合理的情況， 往往需要在仿真運(yùn)行之后， 重復(fù)進(jìn)行戰(zhàn)情修改， 再運(yùn)行仿真程序進(jìn)行戰(zhàn)情驗(yàn)證， 效率比較低。

對(duì)此， 本文在戰(zhàn)情想定設(shè)計(jì)中加入了實(shí)時(shí)的關(guān)聯(lián)分析計(jì)算， 并進(jìn)行可視化的顯示， 使得戰(zhàn)情設(shè)計(jì)更具針對(duì)性與指導(dǎo)性， 從而提高戰(zhàn)情設(shè)計(jì)的效率， 降低戰(zhàn)情設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。

1 想定分析與設(shè)計(jì)

雷達(dá)對(duì)抗仿真的戰(zhàn)情想定主要根據(jù)軍事使命和戰(zhàn)術(shù)原則， 結(jié)合仿真的特定需求， 對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、 參戰(zhàn)實(shí)體（武器裝備、 人員等）、 戰(zhàn)術(shù)編隊(duì)、 對(duì)抗措施等信息進(jìn)行描述， 實(shí)施仿真推演編排， 為仿真系統(tǒng)運(yùn)行提供初始化配置參數(shù)。 在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下， 雷達(dá)對(duì)抗系統(tǒng)的裝備組成很多、 戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境復(fù)雜多變， 如果不考慮戰(zhàn)術(shù)、 后勤保障、 武器系統(tǒng)以及人的抉擇等因素， 其系統(tǒng)構(gòu)成主要包括雷達(dá)、 偵察、 干擾、 雷達(dá)目標(biāo)（包括各類飛機(jī)、 艦船和導(dǎo)彈）、 雜波環(huán)境、 背景電磁輻射、 電磁傳播環(huán)境等， 基本對(duì)抗模型見(jiàn)圖1。

為了規(guī)范想定的描述結(jié)構(gòu)， 簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程， 基于分層模式分三層進(jìn)行描述， 即環(huán)境層、 裝備層、 部件層。 在分層的基礎(chǔ)上， 基于模塊化的思想， 進(jìn)一步對(duì)各層進(jìn)行模塊分解， 結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。 第一層為環(huán)境層， 用于描述戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境， 分解出雜波、 傳播與背景輻射模塊； 第二層為裝備層， 用于描述雷達(dá)對(duì)抗作戰(zhàn)裝備實(shí)體， 按照基本裝備構(gòu)成， 可以分解出雷達(dá)、 偵察、 干擾與雷達(dá)目標(biāo)模塊； 第三層為部件層， 用于描述構(gòu)成雷達(dá)對(duì)抗裝備的分系統(tǒng)模型。

對(duì)于各個(gè)想定模塊來(lái)說(shuō)， 其參數(shù)結(jié)構(gòu)是相對(duì)固定的， 可以獨(dú)立地為每個(gè)模塊設(shè)計(jì)戰(zhàn)情參數(shù)模板（包含所有初始化該模板的參數(shù)定義）。 有的情況下， 同一模塊可能需要提供多套參數(shù)模板， 例如， 對(duì)于天線模塊， 相控陣天線與機(jī)械掃描天線的描述參數(shù)就存在較大的差異， 需要分別設(shè)計(jì)參數(shù)模板， 想定編輯者則可以根據(jù)應(yīng)用條件， 選擇不同的參數(shù)模板進(jìn)行配置。 這樣， 通過(guò)參數(shù)模板的設(shè)計(jì)， 很好地實(shí)現(xiàn)了參數(shù)的模塊化配置， 可以有效保證各個(gè)模塊參數(shù)配置的完備性， 降低參數(shù)配置的難度與復(fù)雜度。 同時(shí)， 為了有效實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的戰(zhàn)情關(guān)聯(lián)， 需要對(duì)各模塊之間的關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析， 保證參數(shù)配置的合理性。 對(duì)于部件層的模塊， 只需要考慮同一裝備下所對(duì)應(yīng)的各模塊之間的關(guān)聯(lián)， 以保證各仿真裝備實(shí)體的分系統(tǒng)之間的參數(shù)一致性， 其關(guān)聯(lián)模型與具體裝備實(shí)體相關(guān)， 可以由仿真裝備實(shí)體模型設(shè)計(jì)者來(lái)提供， 而不必要在想定設(shè)計(jì)中進(jìn)行分析； 對(duì)于裝備層的模塊， 各模塊分別對(duì)應(yīng)一個(gè)裝備實(shí)體， 各實(shí)體則通過(guò)環(huán)境層發(fā)生交互， 而環(huán)境層是戰(zhàn)情想定的基礎(chǔ)部分， 與具體戰(zhàn)情緊密相關(guān)， 因此， 該層的模型交互關(guān)系是想定設(shè)計(jì)中的關(guān)注重點(diǎn)。 下面主要針對(duì)裝備層的戰(zhàn)情模塊， 分析模塊間相互關(guān)聯(lián)的戰(zhàn)情關(guān)聯(lián)模型及其可視化方式， 為戰(zhàn)情設(shè)計(jì)提供合理性參考。

2 關(guān)聯(lián)計(jì)算模型

在雷達(dá)對(duì)抗的戰(zhàn)情想定中， 對(duì)應(yīng)裝備層的模塊， 以雷達(dá)為中心， 主要分析三類戰(zhàn)情關(guān)聯(lián)關(guān)系：

（1） 雷達(dá)與目標(biāo)： 分析雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)能力， 數(shù)學(xué)模型主要包括通視模型、 雷達(dá)距離模型。

（2） 雷達(dá)與干擾： 分析干擾對(duì)雷達(dá)探測(cè)性能的影響， 數(shù)學(xué)模型主要包括通視模型、 干擾壓制距離模型。

（3） 雷達(dá)與偵察： 分析偵察對(duì)雷達(dá)信號(hào)的偵測(cè)能力， 數(shù)學(xué)模型主要包括通視模型、 偵察作用距離模型。

2.1 通視模型

另一方面是考慮地表起伏的遮擋效應(yīng)， 需要結(jié)合地表的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何運(yùn)算， 如圖3所示， 最大視距為視點(diǎn)到第一個(gè)遮擋點(diǎn)之間的距離， 可以基于Bresenham直線算法進(jìn)行計(jì)算。

3 面向關(guān)聯(lián)分析的可視化設(shè)計(jì)

在戰(zhàn)情想定中， 為了讓?xiě)?zhàn)情設(shè)計(jì)的過(guò)程更加方便快捷， 提供一個(gè)簡(jiǎn)單易用的想定編輯系統(tǒng)是至關(guān)重要的。 基于用戶的軟件使用體驗(yàn)， 圖形可視化是最直觀、 最易于操作的方式， 因此， 想定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則就是最大程度的可視化顯示與操作。 要實(shí)現(xiàn)想定系統(tǒng)的圖形可視化， 需要建立一個(gè)動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展的圖形編輯框架， 從功能上來(lái)看， 一般應(yīng)該包含以下內(nèi)容： 戰(zhàn)場(chǎng)電子地圖加載與瀏覽管理、 模型圖元的動(dòng)態(tài)加載與管理、 模型圖元與電子地圖的分層疊加。 在此基礎(chǔ)之上， 基于本文的面向關(guān)聯(lián)分析的研究思想， 需要實(shí)時(shí)將關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果以圖形可視化的方式表現(xiàn)出來(lái)， 為戰(zhàn)情編輯提供有效參考， 提高想定系統(tǒng)的易用性。

首先， 以雷達(dá)探測(cè)距離為例進(jìn)行分析。 在雷達(dá)對(duì)抗仿真的戰(zhàn)情設(shè)計(jì)中， 雷達(dá)探測(cè)距離的分析是最常見(jiàn)的， 主要是為雷達(dá)目標(biāo)的部署與航跡規(guī)劃提供參考。 在傳統(tǒng)的戰(zhàn)情設(shè)計(jì)軟件中， 一般基于雷達(dá)方程繪制雷達(dá)探測(cè)范圍， 其可視化表現(xiàn)方法大都是以雷達(dá)為中心、 雷達(dá)作用距離為半徑的圓環(huán)進(jìn)行表示， 圓內(nèi)為可探測(cè)區(qū)域， 圓外為不可探測(cè)區(qū)域， 如圖4所示。 這樣的可視化方法比較直接， 但是其缺陷也很明顯， 因?yàn)閷?duì)不同的目標(biāo)或者不同飛行高度的目標(biāo)， 其雷達(dá)作用距離是不一樣的， 在比較復(fù)雜的戰(zhàn)情中， 如果需要設(shè)置多批目標(biāo)， 則需要以一組同心圓進(jìn)行表示， 目標(biāo)與圓環(huán)的對(duì)應(yīng)關(guān)系難以明確， 將會(huì)使得表示效果非?；靵y， 戰(zhàn)情越復(fù)雜， 效果越差。

為適應(yīng)復(fù)雜戰(zhàn)情設(shè)計(jì)的需求， 需要對(duì)傳統(tǒng)的可視化方法進(jìn)行改進(jìn)。 在戰(zhàn)情設(shè)計(jì)中， 雷達(dá)作用距離與目標(biāo)RCS以及飛行高度等因素相關(guān)， 在部署雷達(dá)目標(biāo)時(shí)， 其雷達(dá)作用距離應(yīng)該是動(dòng)態(tài)可變的， 這就增加了可視化表現(xiàn)的難度， 然而， 戰(zhàn)情編輯者實(shí)際上往往關(guān)注的僅僅是雷達(dá)在目標(biāo)方向上的作用距離， 由此也給可視化表現(xiàn)提供了參考， 即可以在雷達(dá)與目標(biāo)之間建立連線關(guān)聯(lián)， 并通過(guò)改變連線狀態(tài)來(lái)表示不同的信息。 對(duì)于雷達(dá)作用距離， 可以在連線上對(duì)應(yīng)的位置進(jìn)行圖標(biāo)標(biāo)記， 簡(jiǎn)單明了地表示雷達(dá)對(duì)該目標(biāo)的作用距離， 同時(shí)， 可以在圖標(biāo)處標(biāo)注對(duì)應(yīng)的數(shù)值， 使得可視化表示效果更加準(zhǔn)確， 提供更多的參考信息， 如圖5所示。

基于改進(jìn)的可視化思想， 對(duì)于通視距離、 干擾壓制距離、 偵察距離的可視化表示也變得相對(duì)容易， 與雷達(dá)作用距離的表示類似， 只需要定制不同的圖標(biāo)即可表示不同的內(nèi)容。 同時(shí)， 為了增強(qiáng)可視化表現(xiàn)效果， 可以增加顏色的設(shè)計(jì)， 如表1所示。

4 想定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在Windows平臺(tái)下， 結(jié)合VC與Qt的編程， 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)雷達(dá)對(duì)抗戰(zhàn)情想定系統(tǒng)， 包含了完整的戰(zhàn)情編輯、 戰(zhàn)情生成以及戰(zhàn)情管理功能， 其運(yùn)行界面如圖7所示。

戰(zhàn)情編輯是想定系統(tǒng)的核心部分， 包括： （1）想定模型管理， 如圖7左側(cè)導(dǎo)航控件所示， 用于維護(hù)可用于戰(zhàn)情編輯的所有模型， 并為每類戰(zhàn)情模型建立關(guān)聯(lián)的圖形索引； （2）想定場(chǎng)景編輯， 如圖7中間地圖區(qū)域所示， 用于圖形化的編輯戰(zhàn)情場(chǎng)景； （3）想定參數(shù)編輯， 如圖7右側(cè)參數(shù)編輯控件所示， 用于編輯對(duì)應(yīng)戰(zhàn)情模型的參數(shù)。

戰(zhàn)情生成用于將戰(zhàn)情想定場(chǎng)景轉(zhuǎn)化為戰(zhàn)情描述， 為了實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)情的存儲(chǔ)、 交換和重用， 需要用一種標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范來(lái)描述想定， 采用當(dāng)前比較通用的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)規(guī)范 XML進(jìn)行描述。 戰(zhàn)情管理用于存儲(chǔ)、 維護(hù)、 加載戰(zhàn)情描述文件， 并負(fù)責(zé)將戰(zhàn)情描述文件轉(zhuǎn)化為戰(zhàn)情想定場(chǎng)景。

5 總 結(jié)

本文提出了面向關(guān)聯(lián)分析的戰(zhàn)情設(shè)計(jì)方法， 并進(jìn)行了可視化設(shè)計(jì)， 最后開(kāi)發(fā)了一個(gè)完整的戰(zhàn)情想定系統(tǒng)。 實(shí)踐證明， 該系統(tǒng)在戰(zhàn)情編輯過(guò)程中能實(shí)時(shí)提供關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果， 并且具有較好的可視化效果， 從而大大降低了戰(zhàn)情設(shè)計(jì)的難度， 避免了戰(zhàn)情設(shè)計(jì)的盲目性， 有效提高了戰(zhàn)情設(shè)計(jì)的效率， 具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

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Abstract： In order to enhance the usability of the scenario system and improve the design efficiency， the design idea of visual radar countermeasure scenario oriented to correlation analysis is suggested. The scenario framework of radar countermeasure simulation is analyzed， the stratified module scenario structure of radar countermeasure is designed， the correlation models of each module are researched， and the main mathematical models of correlation calculation are fully researched， including straight line sight model， radar range model， jam suppression range model and scout range model. Furthermore， the visualization requirements are analyzed， an improved visualization method is suggested to visual the result of correlation analysis. Finally， an integrated scenario system is realized， and the feasibility of this scenario design method is proved by practical system.

Key words： radar countermeasure； correlation analysis； scenario； visualization